混合隔离型单相电力电子变压器转让专利
申请号 : CN202010315127.8
文献号 : CN111510007B
文献日 : 2021-06-01
发明人 : 高范强 , 李子欣 , 张宸宇 , 徐飞 , 赵聪 , 张航 , 李耀华 , 王平
申请人 : 中国科学院电工研究所 , 国网江苏省电力有限公司 , 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种混合隔离型单相电力电子变压器,其特征在于:所述的混合隔离型单相电力电子变压器由电容隔离型变换器、高频变压器隔离型变换器和滤波电感Lf组成;所述的电容隔离型变换器由R个电容隔离功率模块CM‑1、CM‑2、……、CM‑R级联连接构成,R为正整数;每个电容隔离功率模块均含有Z1、Z2、Z3、Z4四个连接端子;所述电容隔离型变换器中的第k电容隔离功率模块CM‑k的连接端子Z2连接到第k+1电容隔离功率模块CM‑(k+1)的连接端子Z1,1≤k≤R‑1;所述电容隔离型变换器中的第1电容隔离功率模块CM‑1的连接端子Z1连接到M点;所述电容隔离型变换器中的第R电容隔离功率模块CM‑R的连接端子Z2连接到G点;
所述的高频变压器隔离型变换器由S个高频隔离型功率模块HM‑1、HM‑2、……、HM‑S级联连接构成,S为正整数;所述的每个高频隔离型功率模块均含有Y1、Y2、Y3、Y4四个连接端子;所述高频变压器隔离型变换器中的第k高频隔离型功率模块HM‑k的连接端子Y2连接到第k+1高频隔离型功率模块HM‑(k+1)的连接端子Y1,1≤k≤S‑1;所述高频变压器隔离型变换器中的第1高频隔离型功率模块HM‑1的连接端子Y1连接到G点;所述高频变压器隔离型变换器中的第S高频隔离型功率模块HM‑S的连接端子Y2连接到N点;
所述滤波电感Lf的一端连接到M点,所述滤波电感Lf的另外一端连接到所述电容隔离功率模块CM‑1的连接端子Z1。
2.如权利要求1所述的混合隔离型单相电力电子变压器,其特征在于:所述电容隔离型变换器中电容隔离功率模块个数R以及高频变压器隔离型变换器中高频变压器原副边线圈匝数比Tf根据单相高压交流端口电压UAC和低压直流端口电压UDC配置;
电容隔离型变换器中电容隔离型功率模块不具备电压等级变换功能;电容隔离型变换器中级联连接的电容隔离型功率模块的数量R最小设置为1,最大设置为:其中,Rmax表示电容隔离型功率模块的最大数量,[]表示向下取整,dRC表示电容隔离型功率模块中交流输入侧的平均调制比,UDC表述示低压直流端口额定电压,UAC表示单相高压交流端口电压有效值;
高频变压器隔离变换器中的高频隔离型功率模块具备电压等级变换功能;高频变压器隔离型变换器中级联连接的高频隔离型功率模块数量S可配置为任意正整数,此时高频变压器原副边线圈匝数比Tf配置为:
其中,[]表示向下取整,dRH表示高频隔离型功率模块中交流输入侧的平均调制比,R表示级联连接的电容隔离型功率模块的数量。
说明书 :
混合隔离型单相电力电子变压器
技术领域
背景技术
电能质量治理等功能,在智能电网、能源互联网、轨道交通机车牵引等领域具有广泛的应用
前景。
比。但是,这些技术方案存在高压大容量中高频变压器运行效率难以提高、电‑磁‑热多物理
场综合优化设计困难、系统电路拓扑复杂等问题,影响了电力电子变压器效率和功率密度
的提高,也导致造价高,难以规模推广应用。另外一种方式是通过高频电容器实现高、低压
侧电路的电气隔离,相比于采用中高频变压器的隔离方案,高频电容器的体积功率密度更
高,可以减小电力电子变压器的体积。然而,采用高频电容器的技术方案存在着电压变换变
比固定不可调节的问题。
CN201710079402、CN201711082371、CN201811171060等均是采用中高频变压器实现电气隔
离。
发明内容
定不可调节的问题,提出一种混合隔离型单相电力电子变压器。
电容隔离型变换器中的第k电容隔离功率模块CM‑k连接端子Z2连接到第k+1电容隔离功率
模块CM‑(k+1)连接端子Z1,1≤k≤R‑1;所述电容隔离型变换器中的第1电容隔离功率模块
的CM‑1连接端子Z1连接到M点;所述电容隔离型变换器中的第R电容隔离功率模块CM‑R的连
接端子Z2连接到G点。
端子。所述高频变压器隔离型变换器中的第k高频隔离型功率模块HM‑k的连接端子Y2连接
到第k+1高频隔离型功率模块HM‑(k+1)的连接端子Y1,1≤k≤S‑1;所述高频变压器隔离型
变换器的第1高频隔离型功率模块HM‑1的连接端子Y1连接到G点;所述高频器变压隔离型变
换器的第S高频隔离型功率模块HM‑S的连接端子Y2连接到N点。
相高压交流端口电压有效值。
变压器原副边线圈匝数比Tf应配置为:
附图说明
具体实施方式
CM‑1、CM‑2、……、CM‑R级联连接构成,R为正整数。所述的每个电容隔离功率模块均含有Z1、
Z2、Z3、Z4四个连接端子。所述电容隔离型变换器中的第k电容隔离功率模块CM‑k的连接端
子Z2连接到第k+1电容隔离功率模块CM‑(k+1)连接端子Z1,1≤k≤R‑1;所述电容隔离型变
换器中的第1电容隔离功率模块CM‑1的连接端子Z1连接到M点;所述电容隔离型变换器中的
第R电容隔离功率模块CM‑R的连接端子Z2连接到G点。
端子。所述高频变压器隔离型变换器中的第k高频隔离型功率模块SM‑k连接端子Y2连接到
第k+1高频隔离型功率模块SM‑(k+1)连接端子Y1,1≤k≤S‑1;所述高频变压器隔离型变换
器中的第1高频隔离型功率模块SM‑1的连接端子Y1连接到G点;所述高频变压器隔离型变换
器中的第S高频隔离型功率模块SM‑S连接端子Y2连接到N点。
逆变单元Hi、无极性高压隔离电容Cr、谐振电感Lr、高频整流单元Hr、输出电容Co组成。工频交
流整流单元的端子xg、yg分别与直流电容Ch的端子ph、nh连接,高频逆变单元Hi的端子xi、yi也
与直流电容Ch的端子ph、nh连接。高频整流单元Hr的端子xr、yr与输出电容Co的端子po、no连
接。无极性高压隔离电容Cr的端子pr、nr分别连接到高频逆变单元Hi的端子ai、谐振电感Lr
的端子pL,谐振电感Lr的端子nL连接到高频整流单元Hr的端子ar。高频逆变单元Hi的端子bi
与高频整流单元Hr的端子br连接在一起。
高频逆变单元Hi、无极性电容Cr、高频变压器Th、高频整流单元Hr、输出电容Co组成。工频交流
整流单元的端子xg、yg分别与直流电容Ch的端子ph、nh连接,高频逆变单元Hi的端子xi、yi也与
直流电容Ch的端子ph、nh连接。高频整流单元Hr的端子xr、yr与输出电容Co的端子po、no连接。
无极性电容Cr的端子pr、nr分别连接到高频逆变单元Hi的端子ai、高频变压器Th的端子x1,
高频变压Th的端子x2、x3与x4分别连接至高频逆变单元Hi的端子bi、高频整流单元Hr的端子
ar、br。
器原副边线圈匝数比Tf。
出电容Co的额定直流电压Uo相等。电容隔离型变换器中级联连接的电容隔离型功率模块个
数R最小可设置为1,最大可设置为:
压Uh与其输出电容Co的额定直流电压Uo之比等于高频变压器原副边线圈匝数比Tf。高频变
压隔离型变换器中级联连接的高频变压器隔离型功率模块数量S可配置为任意正整数,此
时高频变压器原副边线圈匝数比Tf应配置为:
型功率模块中工频交流整流单元调制比设置为dRC=0.85。按照电容隔离型变换器中电容隔
离型功率模块不具备电压等级变换功能,可以最大设置电容隔离型功率模块Rmax=13,不妨
设置R=10,即电容隔离型功率模块为10个。每一个模块输出侧额定直流电压为1.0kV。高频
隔离型功率模块中工频交流整流单元调制比设置为dRH=0.85,不妨配置高频隔离型功率模
块个数S=2,此时高频变压器原副边线圈匝数比Tf可配置为Tf≈1.654≈43:26。混合隔离型
单相电力电子变压器中包含10个电容隔离型变换器以及2个高频变压器隔离型变换器,其
中高频变压器隔离型变换器的原副边匝数比配置为43:26。